Questionário de verificação

Este questionário foi elaborado usando sete questões das quais, cinco abertas e duas objetivas. Ele foi aplicado no início e ao final do projeto. Nosso objetivo com ele foi identificar aquilo que o educando conhecia sobre o raio de luz e a formação de imagem no olho humano.

As cinco questões utilizadas do tipo abertas permitem, com que os educandos respondam esboçando ou usando as próprias palavras. Neste formato foram elaboradas três perguntas discursivas: uma questão sobre a orientação trajetória dos raios luminosos, uma questão sobre fontes de luz e uma questão sobre o processo de acomodação do cristalino. Para esboçar foram pedidas duas perguntas: uma questão adaptada do vestibular do ano de 2005 da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e uma questão para desenhar a formação e a posição da imagem na retina do olho humano.

As questões objetivas proporcionam comparação e análise mais crítica sobre o conteúdo. Das duas questões objetivas utilizadas temos: uma questão que questiona o educando sobre o caminho percorrido pela luz quando se visualiza um objeto qualquer e uma questão da prova do Enem do ano de 2015 que faz uma analogia entre a câmara escura com o olho humano.

4.2.2 Plano de aula nº 01(1ª aula): Conceito de raio de luz, Reflexão e

Refração.

Este momento é composto por uma aula de 50 minutos. O plano de aula enfatiza a compreensão dos conceitos de raio de luz e os fenômenos de reflexão e refração, identificando grandezas envolvidas e as leis que regem os fenômenos ópticos. A aula é expositiva com a demonstração de simples experiência e uso do simulador Phet manipulado pelo professor.

O professor inicia a aula fazendo uma experiência simples: colocando um lápis dentro de um copo com água. Ele movimenta o lápis, dentro do copo, e pedi aos alunos que observem a aparente quebra da sua imagem. O professor demonstra que esse efeito na imagem do lápis depende o ângulo de inserção dentro do copo.

No plano de aula é proposto que o professor aborde inicialmente os seguintes conceitos: raio de luz e sua representação, fenômenos ópticos da reflexão e refração, a velocidade de propagação da luz e o índice de refração de um material transparente. Para isso, ele utiliza o material disponível e as ferramentas dos planos de aula, como a projeção de

imagens e a utilização do simulador virtual Phet “Curvando a Luz5”. As figuras enfatizam fenômeno da refração da luz de duas formas, nas concepções da óptica geométrica e física. O simulador também explora dois modelos, mas demonstra tanto o fenômeno da refração quando da reflexão.

A vantagem do simulador, em relação às imagens projetadas, é manipular os índices de refração e os ângulos do raio incidente modificando assim, o ângulo refratado e a intensidade de luz refletida.

Em destaque na figura 4.13 temos as duas imagens (A) e (B) encontradas no plano de aula e mais duas imagens (C) e (D) do simulador utilizado. Todas mostram o desvio do raio de luz refratado, proposto nos modelos teóricos da óptica geométrica e da óptica física, respectivamente.

Figura 4.13 (A) Refração de um raio de luz (óptica geométrica). Em destaque e as partes envolvidas grandezas envolvidas. (B) Refração de uma frente de onda (óptica física). Em destaque a variação do comprimento de onda em função da mudança da velocidade ao passar pelo meio 2. (C) Imagem do simulador Phet representando a luz como um raio luminoso. Vemos que a luz é parcialmente refletida e a outra parte é refratada. (D) Imagem do simulador Phet representando a luz como uma onda. Usando o simulador podemos variar o ângulo de incidência do raio de luz. Fonte: O autor.

Seguindo o plano de aula, o professor deve aborda a aproximação da lei de Snell – Descartes, relacionando-a com o ângulo refratado, a velocidade de propagação da luz no meio e o índice de refração do material.

O material didático disponibiliza uma tabela, como mostra a tabela 4.6, com o índice de refração para diferentes materiais para um comprimento de onda específico de _. O professor deve explicar este aspecto, comentando que o índice de refração muda conforme a frequência (cor) do raio luminoso.

Material Gases a 0ºC e 1 atm Hidrogênio 1,00013 Ar 1,00029 Dióxido de carbono 1,00045 Líquidos a 20ºC Água 1,33 Álcool etílico 1,36 Glicerina 1,47 Benzeno 1,51 Sólidos a 20ºC Quartzo fundido 1,46 Poliestireno 1,49 Vidro comum 1,52 Diamante 2,42

Tabela 4.6 Os valores utilizados no material de apoio. Valores de índices de refração para a luz monocromática com frequência de . Fonte: O autor.

Na síntese integradora, o professor faz três perguntas para a turma: a primeira sobre a possibilidade de ter uma posição em que a imagem do lápis não esteja quebrada; a segunda se trocasse a água por outro líquido existiria diferença na imagem formada; e terceira como explicar a formação do arco-íris com o conceito de refração. As respostas esperadas se encontram no plano de aula.

Neste momento o professor deve aproveitar para sanar possíveis dúvidas sobre o conteúdo ministrado. É importante o educador analisar se os conceitos apresentados foram entendidos pela turma, podendo fazer algumas perguntas a turma sobre aquilo que foi ministrado.

Ao final da aula o professor deve pedir aos alunos que respondam as perguntas que se encontram no final do material de apoio. A resolução pode ser feita durante a aula ou como atividade para casa, dependendo do tempo disponível.

O professor deve organizar, no final desta aula, a construção da câmara escura, prevista no plano de aula nº 02. Ele deve pedir aos alunos que tragam os materiais necessários para a confecção. Como são três modelos de câmara escura, é importante que o professor

organize, tanto a sala como as propostas, por grupos. Isto possibilita que cada grupo, se organize e traga os materiais corretos.

Como tarefa de casa, o professor deve pedir aos educandos duas pesquisas: uma sobre a câmara escura, com ênfase no seu funcionamento e aplicação, e a outra sobre o olho humano, com ênfase nas suas principais partes e formação da imagem na retina.

4.2.3 Plano de aula nº 02(2ª e 3ª aula): Construção da câmara escura.

Este momento é planejado para duas aulas de 50 minutos. O professor deve ter planejado atividades junto com os alunos, em uma aula anterior. Dependendo do número de alunos em sala é aconselhável distribuí-los em equipes, em que cada uma delas, fique responsável por trazer os materiais e pela confecção de um modelo da câmara escura proposta. Essa atividade poderá ser feita em casa, mas é desejável fazê-la em sala de aula. Isso porque muitos alunos têm dúvidas, na hora de manusear os materiais e as ferramentas usadas e o professor pode saná-las nesta hora. Além disso, é uma forma de interagir com o aluno, um momento importante no processo de ensino aprendizagem.

Nas competências e habilidades se deseja que o aluno consiga construir a câmara escura e relacione com elementos geométricos que a descrevem (profundidade da câmara escura, tamanho da imagem, distância e o tamanho do objeto) e associe a qualidade da imagem, com o tamanho do orifício por onde a luz passa. É desejável que o educando comparece e aponte semelhanças da câmara escura construída, com o olho humano.

No momento de incentivação o professor deve perguntar a turma como o olho é capaz de formar e visualizar imagens nítidas, como também, a capacidade de focalizar imagens em diferentes distâncias.

No momento de desenvolvimento, os alunos irão construir a câmara escura, conforme previamente organizado. Cada equipe irá construir um dos três modelos sugeridos.

Durante a construção, que leva aproximadamente 30 minutos, é aconselhável a presença do professor para ajudar, tirar dúvidas e orientar sobre o funcionamento do equipamento.

São três modelos de câmara escura sugeridos: o primeiro utiliza duas latas de massa de tomate de abertura fácil, onde apenas se retira um selo ficando um pequeno buraco na tampa, inspirada na proposta “Óptica do olho humano” [Pietrocola, 2010]; o segundo modelo é uma câmara escura feito de tubo de batatinha [Ferraz, 2016] como mostra a figura 4.14 (B), com um segundo tubo feito de papel cartão preto inserido dentro do tubo de batatinha; e terceiro modelo utiliza duas latas de refrigerante de alumínio encaixadas uma na outra. Este último

apresenta como diferencial em relação aos outros modelos de câmara escura a facilidade de adquiri-las.

O processo de construção dos três modelos das câmaras escuras é semelhante, como por exemplo, o papel vegetal para anteparo e um furo central em uma das extremidades. Mas algumas apresentam vantagens como, por exemplo, a segunda câmara escura. Ela pode aumentar ou diminuir o tamanho da imagem projetada sobre o anteparo, pois podemos modificar a distância entre o furo e o anteparo, como mostra a figura 4.14 (B).

Na terceira experiência é aconselhável escurecer as paredes internas com tinta ou um papel cartão escuro, pois o alumínio tem paredes internas polidas, refletindo a luz e prejudicando a imagem vista.

Figura 4.14 (A) Câmara escura feira com lata de tomate. Em destaque tampa com furinho [Pietrocola, 2010]. (B) Câmara escura feita com tudo de batatinha frita. O tamanho da imagem pode mudado, quando se movimenta o tubo

de papel cartão [Ferraz, 2016]. (C) Câmara escura feita de latinha de alumínio. Na imagem o papel cartão preto envolvendo a superfície interna da lata e ao fundo o papel vegetal que serve de anteparo para projeção da imagem.

Fonte: O autor.

Na síntese integradora o professor pede para que os alunos observem e digam as diferenças entre as imagens, caso existam, sem e depois com o papel vegetal como anteparo. Em seguida, ele pede para classificá-la como direita ou invertida e virtual ou real.

Logo após, o professor pergunta para turma qual a relação entre a câmara escura e o olho humano. Por último, usando a pesquisa realizada sobre câmara escura e projetando a imagem da figura 4.15(A), que se encontra no anexo deste plano de aula. Em seguida, o professor pede aos educandos que tracem os raios luminosos, de tal modo, que justifique o tamanho e a posição invertida da imagem observada, com a câmara escura, pelos estudantes.

Ao final os estudantes devem propor, usando o material pesquisado com aquilo visto em sala, uma relação matemática que explique as proporções entre tamanhos de imagens e objetos com as suas respectivas distâncias.

Figura 4.15 (A) imagem a ser projetada. O professor deve construir o conceito junto com os alunos usando a pesquisa feita pelos mesmos. (B) A resposta esperada. É importante o professor mostrar a semelhança dos triângulos formados pelos raios de luz vindo das extremidades do objeto e que de cruzam no orifício da câmara escura e se projetam no

fundo da mesma. Fonte: O autor.

Em sala, os alunos devem fazer os exercícios proposto no anexo, no final do plano de aula. São 2 exercícios de aplicação da relação matemática encontrada, da figura 4.15 (B). O primeiro usando dados hipotéticos fornecidos pelo exercício e o segundo dados coletados da câmara escura construída (tamanho máximo da imagem que pode ser projetada no anteparo e profundidade da câmara escura) para se determinar a altura de um objeto a uma distância determinada.

Ao final o professor deve pedir uma pesquisa sobre Lentes esféricas, enfatizando os tipos em relação às suas superfícies (convergente e divergente) e como pela espessura (Delgada e espessa). Além disso, o professor deve pedir aos educando que tragam também, a pesquisa sobre o olho humano, pedida anteriormente.